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杨嗣信:对混凝土框架剪力墙结构装配化施工的若干建议

发布时间:2016年04月22日 11:11 来源:《施工技术·资讯》2016年第3期
摘要:

建筑工业化现状、建筑结构工业化中的“四板”问题、钢结构的工业化问题等提出建议。本期,杨嗣信先生五论建筑工业化,对混凝土框剪结构装配化施工提出了新建议。 目前我国公共建筑一般都采用混凝土框架剪力墙结构(以下简称“框剪结构”),量大面广,如何在这些框架剪力墙混凝土结构工程中推广装配化施工是一个大课题。

导  语

作为我国建设领域传统模式和生产方式的一场深刻变革,新型建筑工业化可大幅度提升我国建筑业建造质量和效率,是节能减排、绿色施工、实现建筑转型升级的重要途径。深感建筑工业化的重要,北京市政府专家顾问、《施工技术》编委会顾问杨嗣信先生先后撰文《关于建筑工业化问题的探讨》《再论建筑工业化》《三论建筑工业化》《钢结构是建筑工业化的理想结构体系》分别对我国实现建筑工业化的必要性和迫切性、国内建筑工业化现状、建筑结构工业化中的“四板”问题、钢结构的工业化问题等提出建议。本期,杨嗣信先生五论建筑工业化,对混凝土框剪结构装配化施工提出了新建议。

目前我国公共建筑一般都采用混凝土框架剪力墙结构(以下简称“框剪结构”),量大面广,如何在这些框架剪力墙混凝土结构工程中推广装配化施工是一个大课题。

近年来,我国住宅工程装配化施工已开始迅速发展,建立了预制混凝土构件厂,不少地区还制定了装配化施工的发展规划,但是绝大部分应用工程都是混凝土剪力墙结构住宅,混凝土框剪结构的公共建筑仍是“按兵不动”,原因很复杂。根据有关资料介绍,国外采用装配化施工较多的工程还是混凝土框剪结构的公共建筑。结合我国实际情况,如何发展混凝土框剪结构是目前必须认真考虑的大问题。近来,全国不少地区的新建混凝土构件厂如雨后春笋,发展很快,有的构件厂规模很大、很先进,机械化水平很高,生产能力很强,但实际产量与其生产能力相差甚远,任务不足、“吃不饱”。因此,扩大混凝土预制装配范围,在混凝土框剪结构中大力推广装配化施工正是合适的时机。其实早在20 世纪五六十年代,北京推广的混凝土框剪结构装配化施工,如新华社大楼、民族饭店、海洋局大楼等工程,并没有太复杂的技术问题,且目前条件比过去更优越,更具备在混凝土框剪结构工程中发展装配化施工的条件。

发展混凝土框剪结构的装配化施工,首先要解决该结构的体系问题。要根据混凝土框剪结构的特点,因事制宜逐步发展,哪些构件应优先搞预制装配,哪些构件仍适合搞现浇,需要认真研究,并不是千篇一律都搞预制装配,因为现浇混凝土也可以搞工业化施工。具体建议如下。

1、柱仍采用现浇工艺

柱仍采用现浇工艺,原因是柱子可及早拆模(1 ~ 2d),且模板工艺简单,成本低,质量有保证。可将整个工程划分几个段,模板可以进行流水作业,周转率高、用工少,还可将柱模设计成折叠式的工具式模板。柱子中的钢筋接头可采用直螺纹连接,质量有保证,工艺也简单,大大简化了装配式柱子的运输、接头连接及二次浇灌混凝土接头的复杂工艺,抗震效果好。

2、梁宜采用预制叠合梁,也可为预应力预制叠合梁

原因是现浇梁模板工艺复杂,除梁本身需要底模、侧模外还需要大量支撑系统,需要投入大量模板和资金。尤其是梁的拆模时间,必须等到混凝土强度达到100%后才可以,特别是低温和冬期施工,拆模时间将拖延更长,模板周转率更低。此外,梁的支撑和拆模工艺复杂,用工多、体力劳动强度大、施工周期长、劳动效率低,层高越高难度越大。由于考虑上层施工荷载的影响,往往要配置2~3 层楼的模板,大大增加了支撑成本,拆模后还需要人工从下一层搬运到上面2 层再支撑,耗费大量搬运人工,这是在结构施工阶段耗费劳动力最多的一道工序。采用叠合梁与楼板连接成整体,抗震性能好,且预制混凝土梁自身的质量也优于现场现浇梁的质量。采用预制梁还可以大大加快整体工程进度,提前插入室内机电、二次结构及装修等项目。

3、楼板仍可采用叠合楼板

近几年叠合楼板已在不少装配式工程中大量应用,效果不错。其实该工艺早在20 世纪80 年代,北京曾大面积推广应用,推广面积达百万平方米,包括双钢筋叠合板、预应力叠合板等,8m 以上的跨度也使用过,已有十分成熟的经验。除此以外,也可以采用预制空心楼板,两端留出胡子筋,与叠合梁连成整体,从设计方面再考虑形成一个抗震梁板节点,从而使楼板工程的装配率再提高一步。同时,采用预制空心楼板后,楼板下的支撑可以全部省去,工艺更为简单。由于框剪结构梁与梁之间的间距较大(一般超过8m),因此楼板跨度也较大,可以采用预应力圆孔板或加次梁的办法加以解决。如果加次梁还可考虑采用钢梁,两端固定在主梁上通过预埋钢板和焊接工艺进行连接,值得进一步研究探讨。

4、外墙围护结构

外墙围护结构可采用多种预制外墙板,最理想的还是“三合一”钢筋混凝土外墙板。这类板在20 世纪80 年代曾在北京市52 层的京城大厦工程中使用,后来在中信大厦等多个工程中也得到推广应用,效果很好。这种“三合一”板是将外墙板的结构层、保温层和装饰层3 层组合在一起,在预制构件厂一次完成,运到现场一次吊装就位,大大简化了外墙施工工序,不再搭设脚手架,加快了施工进度,更大的优点是保温层、装饰层与结构同寿命。由于采用反打工艺,装饰层与结构层牢牢结合,质量有保证,40 年来面砖未见脱落。过去保温层材料较多的是使用岩棉等,近几年来我国保温材料发展迅速,品种颇多,最近内蒙古某厂生产的SMXT 复合保温板达到A1 级防火等级,干密度≤ 250kg/m?,导热系数≤ 0.012W/(m · K),可以将保温层厚度降低到30mm,对提升三合一外墙板的质量大大有利。采用单一材料生产具有三合一功能的外墙板也是可取的,但到目前为止,由于找不到十分理想的轻骨科,还没有研发出理想的采用单一材料(轻质混凝土)的外墙板,过去使用的浮石、陶粒等已满足不了目前的节能指标要求,粘土陶粒也禁止使用。最近出现的“发泡水泥”(加气混凝土之类)和粉煤灰陶粒,情况有了变化,建议对单一材料生产三合一外墙板这个课题进一步进行研发,以生产出更理想的三合一外墙板。

5、剪力墙和核心筒施工工艺

这部分混凝土量很大也最值得关注,究竟采用现浇还是预制装配值得探讨,需要从工艺、经济、效率、施工、安全、质量等多方面综合分析。某些高层建筑和超高层建筑,一般都设计采用核心筒作剪力墙来承受地震力,这类核心筒的施工方法,我们已有十分成熟的经验,可采用液压爬模的现浇工艺,不仅效率高、用工省,而且利于保证工程质量和安全施工,工期快,可实现3 ~4d一层。此工艺不足的是,设备较复杂,安装费时,投资较大,适用于较高的高层建筑核心筒施工,如超过100m 的工程,百米以下的高层建筑中,其剪力墙(含核心筒)还是采用大模板施工工艺为宜。混凝土浇筑1 ~2d后即可拆模,模板周转快,用工少,效率高,也可将模板根据工程情况组装成工具式筒模或采用“简易爬模”的工艺来解决剪力墙(核心筒)的施工工艺。“简易爬模”工艺,不采取较复杂的液压系统或电动爬模,而是利用塔式起重机提升模板平台,这种工艺组装、拆除均非常简单,适于高度在百米以下的高层建筑工程推广应用。

6、楼梯、阳台等小型构件

这类小型构件一律采用无需抹灰的清水混凝土预制构件,这方面的经验已经成熟,不再详述。

7、非承重内墙(隔断墙)

这个问题长期以来未得到妥善解决,一般用加气块200mm 厚砌筑,再双面抹灰,这种落后的手工操作工艺应该禁止再继续使用,因此必须改革这种落后工艺,解决方法有以下几种。

1)采用预制轻质混凝土空心条板(600 ~800mm 宽),两面光不抹灰,厚80 ~150mm,在结构施工阶段随即安装(指主要隔墙板),厕浴间的隔断墙可在结构阶段先将板吊到楼层,结构完成后再进行分散拼装,也可在结构施工阶段随即安装。应该指出,在结构施工阶段先行吊运条板到楼层,装修时再人工安装就位,这种工艺并不理想,只适合在必须抢结构工期、减少塔吊负担的情况下采用。

2)采用加气混凝土条板或强度较高的发泡水泥隔断条板(600mm宽、100 ~150mm 厚),安装后不再抹灰,只作表面处理。

3)轻钢龙骨石膏板(或水泥压制板等)也可使用,但仍未脱离手工操作,用工多、效率低、功能差,除非不得已尽量不采用,且使用功能并不理想。

4)其他预制轻型隔断(如玻璃及木骨架玻璃隔断等),这些隔断在结构完成后即装修阶段施工时进行安装。

8、幕墙

目前不少工程都采用各种幕墙,如玻璃幕墙、铝合金幕墙等,这些幕墙都具有各自的优点,如自重轻、立面多样化、美观等,但往往节能性不理想。安装工艺大多数采用吊篮及人工操作的散装或小单元组装工艺,建议采用大单元的组装工艺,扩大工厂化生产,用塔式起重机进行安装,以降低手工操作和外檐操作风险,还可以与结构同步进行立体交叉作业。幕墙安装后,随即可以进行室内机电及装修工程,从而可以加快整体施工速度、缩短工期,取得较好的经济和社会效益。

体会和建议

以上是一些初步设想,各工程都要根据当地条件及该工程的实际情况因地制宜决定结构体系,分阶段实现较为理想的结构体系。此外,在推广过程中须特别重视以下几项重要工作。

1)必须明确主导思想。建筑产业现代化是《国家新型城镇化规划(2014—2020 年)》中的重要部分,各级主管部门领导及企业包括设计、施工、监理等有关单位,都应从思想上重视这一重大发展方向。建筑产业现代化是通过标准化设计、工厂化生产、装配化施工、一体化装修、信息化管理和智能化应用,整合投融资、规划设计、构件部品生产与运输、施工建造和运营管理等产业链,转变建筑业生产方式,全面提高建筑工程的质量、效益和建设效率,实现建筑业节能减排和可持续发展。建筑产业现代化还有利于提高劳动生产率,改善作业环境,降低劳动强度和劳动力依赖,减少建筑垃圾排放和污染,促进建筑业绿色发展,实现建筑业由大变强的跨越式发展,各级领导、各建设单位、全体建设者务必高度重视,为建筑产业现代化作出自己应有的贡献。

2)建筑产业现代化的基础是建筑工业化,没有“建筑工业化”就没有建筑产业现代化,而“建筑工业化”设计是“龙头”。建筑工业化首先要确定其结构体系,所以必须做一些“系统工程”,尤其是在混凝土框架剪力墙结构中实现“建筑工业化”。设计标准化尤为重要,包括各类不同工程的标准化(如办公楼、医院、学校、库房等),对工程个体来讲如框架结构的柱距、梁的长度、层高、楼板的尺寸甚至核心筒尺寸等都要考虑设计标准化的问题。各种构件的规格尺寸(可以分为若干种)都应该定型为标准构件,然后以不同规格尺寸的构件,组拼成多样化、多功能的不同类型、不同性质的各类建筑,这样便于构件生产和施工(包括模板配制和生产线的设置等)。

3)建筑业各单位,包括设计、施工、建材等必须以创新作驱动,全面发展、品质至上、绿色高效,着力加快技术创新和管理方式创新,促进协同创新,建立适应建筑产业现代化的技术体系、生产体系和监管体系,实行全产业链的联动发展,切实提高建筑安全性、耐久性和舒适性,有效提高建设效率,降低资源消耗。

4)必须坚持政府引导、政策扶持、市场主导、因地制宜的方针。政府要发挥统筹规划、协调推进的作用,加大政策扶持力度,创造良好的发展环境,形成市场竞争有序,政府、企业良性互助的发展机制。全国各地宜结合当地实际情况,制定发展目标与推进措施,各地要建立推进建筑产业现代化工作的领导组织机构,强化政策扶持(如加大信贷支持、实行相应税收优惠政策等),并且要突出示范引导、注重科研支持,同时还要大力加强宣传培训工作,不要过分强调装配化率等指标。

5)关于实施“建筑产业化” 影响工程造价的问题。这是目前推行“建筑产业现代化”尤其是建筑装配化遇到的最大阻力,是不可回避的问题,也是建筑装配化发展初期面临的必然问题。当然,施工单位和构件厂必须有应收管理费、利润以及税金等。我的建议是,如果全部产品由企业自己来生产,就可以降低很多费用;如果这些构件就在现场预制,那成本就与现浇不相上下,所以做产业化(装配化)的企业必须自己设立生产构件、部件基地(构件厂等加工单位)。我国有许多大的施工企业集团和开发商实力雄厚,完全可以自己独立下属设计、施工、各种产品工厂甚至成立建材生产企业,这样有些费用在企业内部就可以消化掉,并且可以形成强大的市场竞争力,充分体现产业化的优势,这是我们在发展建筑产业现代化中值得进一步探讨的重大问题。20 世纪90 年代,日本、美国均在施工现场生产预制构件(特别是外墙板),比如日本,在施工的高层建筑地下室生产预制混凝土三合一外墙板,预制完成后通过楼板预留洞向上层运输吊装,从而大大降低了工程造价,这些做法值得借鉴。


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